Post on 01-Oct-2018
Agentes de degradação
• Incompatibilidade química - Hidratação do cimento, com liberação de diversos produtos hidratados de elevada alcalinidade
• CO2 presente na atmosfera
• Ação da água e da temperatura (lixiviação)
• Ação de fungos e microorganismos
Mecanismos de degradação
• Decomposição da fibra em meio alcalino
• Petrificação ou mineralização da fibra
• Carbonatação da matriz cimentícia
Indicadores de degradação
– Evolução das propriedades físicas e mecânicas
– Características microestruturais
• Métodos de avaliação da durabilidade– Ensaios naturais e acelerados
– Ensaios de avaliação em uso
Wall panels
• Hollowed load-bearing panel– BFS-based composite reinforced with 2% v/v of
coir fibres
• Panel dimensions– 2.4 m high, 0.4 wide and 0.09 thick
• Acceptable mechanical performance– compressive strength = 6.5 MPa
– Young’s modulus = 9.6 GPa
– Poisson’s ratio = 0.167
The prototype
• Dwelling embryo– city of São Paulo
• In use since 1989– nursery
– short-term house– community centre
• Surface protection– a single layer of PVA
emulsion paint
Agopyan et al. (2000)
Durability• Fibres treated in lime
solution
Coir fibreA) Natural stateB) After 119 days in alcaline solution
(...) Durability
• Quick condensation test (Q-C-T)– 40 cycles wet/dry
– not enough to simulate tropical weathering
• Prototype remain in acceptable condition
• Coir fibres preserved after 10 years inside panel– carbonation effect
Zona de transição
• Argamassa de escória com fibras de coco
• Pontos:1 - Lacuna central com produtos de hidratação2 - Grão de cimento anidro
• Idade: 42 dias
Zona de transição• MEV-BSEI
• Pasta de cimento Portland com fibras de malva
• Porosidade
• Espessuras até 100m• Indicações:
1 - descolamentos
2 - cristal de portlandita
3 - microfissuras
345 x 15KV WD:25MM S: 00012 P:0023100µm
Production of roofing tiles
Roma Jr. et al. (2003)
Transference to the undulate mouldTransference to the undulate mould
Physical and mechanical properties of the tiles
Waste eucalyptus pulp as reinforcement (4% by mass)Admissible load = 425 N (Gram & Gut, 1994)
Matrix Clinker free cement
Commercial OPC
Tightness No mark No mark
Age (months) 1 6 1 6
Maximum load (N) 1008 604 837 592
Small scale production of tiles
• Optimized formulation
• Vacuum chamber and light pressing
• Tiles being transferred to the mould just after production
• Patent deposited
Physical and mechanical properties
Ageing WA (%) BD (g/cm3) Max Load (N) Toughness (kN.mm)
Noncarbonated / unaged 32.8 1.1 A 1.35 0.03 C 1074 244 B 3.4 1.3 B
Noncarbonated / 100 cycles 33.3 0.9 A 1.32 0.01 C 1030 345 B 3.5 1.7 B
Heat & rain / 50 cycles 29.9 0.6 B 1.40 0.01 B 526 157 C 2.0 0.9 C
Carbonated / 100 cycles 23.3 0.7 C 1.56 0.01 A 1284 221 A 5.9 2.0 A
WA=Water absorption, BD= Bulk density
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110
200
400
600
800
1000
1200
1400
noncarbonated / unaged 100 cycles (noncarbonated) heat & rain - 50 cycles (noncarbonated) carbonated - 100 cycles
Loa
d (N
)
Deflection (mm)
X-ray diffraction pattern – Noncarbonated / 100 cycles
10 20 30 40 50 60 70 80 900
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2
Inte
nsity
(ua)
333 4 44 4
100c (NONCARBONATED)
5 5555
22222
2
2 2211 11
11
1
1
13
2
1
1 - Calcium Hydroxide - CaOH2
2 - Calcite - CaCO3
3 - Gypsum - CaSO42H
2O
4 - Barringtonite - MgCO32H2O5 - Calcium Silicate Hydrate - Ca2SiO40,5H2O
X-ray diffraction pattern – Carbonated / 100 cycles
10 20 30 40 50 60 70 80 900
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000C-100c (CARBONATED)
2
Inte
nsity
(ua)
5
5
556666
6
22 222
22
22222
2
22 - Calcite - CaCO35 - Calcium Silicate Hydrate - (Ca2SiO40,5H2O)6 - Dolomite - CaMg (CO3)2
Objetivo
• Estudo da durabilidade– Compósitos com reforço de celulose
– Reforço híbrido
• Ensaios de envelhecimento acelerado
• Envelhecimento natural
Condições de envelhecimento
• Suportes inclinados para o norte
• Melbourne, Vic. Austrália– 37o 49’ S
– Temperado
• Pirassununga, SP Brasil– 21o 59’ S
– Tropical
• Ambiente de laboratório– Controle
Envelhecimento de fibrocimento de EAF + sisal CTMP
100.0%
59.7% 60.3%
75.5%
42.0%
55.1%
71.2%
28.9%
38.8%
72.4%
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Lab Exp ext Victoria AU Exp ext Sao Paulo BR
Ambiente
Res
istên
cia
à tr
ação
na
flexã
o (M
Pa)
1 mês4 meses13 meses25 meses
(...) Envelhecimento de fibrocimento de EAF +sisal CTMP
100.0%
212.1%
155.9%
177.0%
118.4%
136.0%
167.1%
72.7%
121.2%
182.9%
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
Lab Exp ext Victoria AU Exp ext Sao Paulo BR
Ambiente
Ene
rgia
esp
ecífi
ca (k
J/m
2 )
1mês 4 meses 13 meses 25 meses
EAF + sisal CTMP - 12 meses sob clima temperado
Predominância de arrancamento de Predominância de arrancamento de fibrafibra
Enfraquecimento Enfraquecimento da matrizda matriz carbonatacarbonataççãoão
lixivialixiviaççãoão
microfissuramicrofissura
Study on fast carbonationStudy on fast carbonation
Code BFS Gypsum Hydrated lime OPC BGHL 88 10 2 -BOPC 60 - - 40
Binder formulationBinder formulation
Fibre: 12% by mass of Fibre: 12% by mass of Eucalyptus grandisEucalyptus grandis waste pulpwaste pulp
Carbonation: 14 days in atmosphere 100% saturated Carbonation: 14 days in atmosphere 100% saturated of COof CO22, 70, 70--75% RH, after the initial wet cure75% RH, after the initial wet cure
Mechanical behaviourMechanical behaviour
4.0
8.0
12.0
16.0
BGHL BOPC
MO
R (M
Pa)
N CarbonationCarbonation
(...) Mechanical behaviour(...) Mechanical behaviour
0.2
0.6
1.0
1.4
BGHL BOPC
FT (k
J/m
2)
N CarbonationCarbonation
Comentários adicionais
• Estudos em andamento com fibrocimento– Aproveitamento de resíduos– Fibras íntegras– Desempenho aceitável em ambiente protegido
Compósitos com reforço híbrido – celulose & sintética
Adição de sílica ativa x teor de fibra sintética
Mecanismo de empacotamento
• Smaller particles are introduced and distributed to the interstices of larger packed particles
• Porosity reduction.
Formulações
• Four formulations with different amounts of silica fume and PVA
0,801,101,401,70PVA Fibers
1,201,201,201,20Cellulose Fibers
2,802,802,802,80Journal Residue
6,285,985,685,38Silica Fume
13,7213,7213,7213,72CaCO3
75,2075,2075,2075,20Cement CPIIF
FS8FS11FS14FS17
FormulationsCompound
Resultados físicos
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
6,285,985,685,38
Wat
er A
bsor
ptio
n (%
)
Content of Silica Fume (%)
50 Cycles 28 Days
Teores de sTeores de síílica ativa x PVAlica ativa x PVA
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,090
2
4
6
8
10
12
14
16
18
FS17 (28 Days) FS14 (28 Days) FS11 (28 Days) FS8 (28 Days)
Stre
ss (M
Pa)
Strain (%)
Envelhecimento aceleradoEnvelhecimento acelerado
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,090
2
4
6
8
10
12
14
16
FS17 (50 Cycles) FS14 (50 Cycles) FS11 (50 Cycles) FS8 (50 Cycles)
Stre
ss (M
Pa)
Strain (%)
Comentários y Complementos
• H. Savastano Jr. Materiais a base de cimento reforçados com fibra vegetal – reciclagem de resíduos para a construção de baixo custo. Tese de livre docência, USP, Sao Paulo, 2001.
• A. Caldas e Silva, H. Savastano Jr., V.M. John. Envelhecimento de compósitos à base de escória de alto-forno reforçados com polpa celulósica residual de eucalipto. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 9, n. 1, p. 25-44, jan./mar. 2009.